アルミの溶接でX線検査をかけたら気孔だらけだった——アルミ溶接特有の悩みです。鋼の溶接と同じ感覚で施工すると、高い確率でポロシティ（気孔）が発生します。なぜアルミは気孔が出やすいのか、どう防ぐかを現場の視点で解説します。
アルミ溶接でポロシティが発生しやすい理由
① 水素の溶解度が固液で大きく変わる
アルミは融点（約660℃）前後で水素の溶解度が激変します。液体アルミには水素がよく溶けますが（約0.65mL/100g）、凝固するとほとんど溶けなくなります（約0.034mL/100g）。約20倍の差です。溶接中に溶融池に溶け込んだ水素が凝固時に逃げ場を失い、気泡として閉じ込められたのがポロシティです。
② 酸化皮膜（Al₂O₃）が水分を吸着する
アルミの表面には必ず酸化アルミニウム（Al₂O₃）の皮膜があります。この皮膜は吸湿性が高く、大気中の水分を吸着します。溶接時に溶融池がこの酸化皮膜に触れると、含まれた水分が分解されて水素が発生し、溶融池に取り込まれます。
③ 表面に見えない油分・水分が残っている
指紋・切削油・洗浄液の残留も水素源です。人間の指でアルミ板を触るだけで表面の水素量が変わるほど、アルミ溶接は汚染に敏感です。
ポロシティの発生箇所で原因を絞り込む
| 気孔の位置 | 疑うべき原因 |
|---|---|
| ビード全体に散在 | 母材・溶接ワイヤの水分・油分 / 酸化皮膜の清浄不足 |
| ビード表面付近に集中 | シールドガス不足 / ノズル詰まり / 風の影響 |
| ルート部（裏側）に集中 | 裏波不十分・裏ガスなし / 隙間への水分侵入 |
| 溶接開始・終了部に集中 | アーク開始・終了時のシールド不安定 / クレータ処理不良 |
| 特定パス（多層盛りの層間）に集中 | 層間清浄不足 / 層間温度の問題 |
ポロシティを防ぐ前処理の手順
アルミ溶接において前処理は「溶接品質の8割を決める」と言っても過言ではありません。
清潔なウエスにアセトンをつけて一方向に拭きます。使い回したウエスや揮発が遅い溶剤は逆に汚染源になります。
鉄製ブラシは鉄粉がアルミに混入するため使用不可。アルミ専用または新品のステンレスブラシで、溶接直前に施工します。ブラシ後の放置は再酸化を招くため、処理後はなるべく早く溶接します。
溶接ワイヤは未開封品を使用し、開封後は乾燥した場所に保管します。一度湿気を吸ったワイヤは廃棄が原則。ワイヤコンジットの汚れも定期清掃が必要です。
シールドガス管理
アルミのTIG溶接では純アルゴン（Ar 99.99%以上）が基本です。MIG溶接ではArまたはAr+Heの混合ガスを使用します。HeはArより熱伝導が高く、溶融池を均一に加熱してポロシティを減らす効果があります。
| 溶接法 | 推奨シールドガス | 流量目安 | ポロシティへの効果 |
|---|---|---|---|
| TIG溶接 | Ar 99.99%以上 | 10〜15L/min | Ar純度が低いとポロシティ増加 |
| MIG溶接（薄板） | Ar 100% | 15〜20L/min | 標準 |
| MIG溶接（厚板） | Ar 75%+ He 25% | 20〜25L/min | Heにより溶融池を均一化 |
溶接条件の調整
予熱
板厚12mm以上では予熱（60〜100℃）が有効です。母材が暖まることで水分の蒸発が促進され、溶融池の凝固速度が落ちて水素が抜けやすくなります。ただし過度な予熱（150℃超）は強度低下の原因になります。
溶接速度
溶接速度が遅すぎると溶融池が長時間大気にさらされ、水素取込みが増えます。適切な速度を守り、多パス溶接では層間清浄（ブラッシング・清拭）を徹底します。
現場のトラブル事例
- 溶接直前にアセトン脱脂を実施した
- アルミ専用ステンレスワイヤブラシで酸化皮膜を除去した（鉄製ブラシ不使用）
- ブラッシング後30分以内に溶接を開始した
- 溶接ワイヤは乾燥保管・開封後早期使用を徹底した
- シールドガス純度・流量・ノズルの詰まりを確認した
- 屋外・風のある環境では防風囲いを設置した
- 多層盛りの層間でもブラッシング・清拭を実施した
まとめ
- アルミ溶接のポロシティは「水素の固液溶解度差」が根本原因で、水分・酸化皮膜・油分が水素源になる
- 前処理（脱脂→ブラッシング）が溶接品質の8割を決める
- シールドガスはAr 99.99%以上、厚板はAr+He混合が有効
- 気孔の発生位置で原因を絞り込み、的確な対策を打てる
- 金属3Dプリンタのポロシティとは発生メカニズムが異なり、対策も別途考える必要がある
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